Том 124, № 10 (2023)

Проведено исследование магнитных свойств сплава Fe_{1 – x}Zn_xCr₂S₄ с использованием метода случайных полей обменного взаимодействия. Определены критические концентрации, при которых наблюдается переход из ферримагнитного состояния в спин-стекольное (\(x = 0.66\)) с последующим переходом в антиферромагнитное состояние (\(x = 0.99\)). Построена магнитная фазовая диаграмма, на которой приведено сравнение результатов расчета с экспериментом.

Магнитная седиментация с применением устройств на основе постоянных магнитов является перспективным энергоэффективным и безопасным методом удаления наноразмерных частиц из воды. Проведено численное моделирование распределения магнитного поля в магнитных устройствах, состоящих из комбинации чередующихся плоских постоянных магнитов и вставок из магнитомягкой стали. Рассмотрены два типа устройств с разным направлением намагниченности постоянных магнитов: вертикального (V) и горизонтального (G). Предложен критерий оценки эффективности магнитного устройства R, зависящий от эффективного объема области воды, где реализуется величина произведения \({\text{|}}{{B}_{z}}d{{B}_{z}}{\text{/}}dz{\text{|}}\) > 4 Tл²/м, где B_z – вертикальная компонента магнитной индукции. Варьировали размеры постоянных магнитов и магнитомягких вставок вдоль горизонтальной оси x, соотношение толщин магнитных и стальных пластин и число пластин. Показано, что магнитное устройство типа V позволяет создать эффективный объем, в котором реализуется максимально возможный параметр эффективности R = 31% при толщине магнитных элементов L_x = 30 мм и толщине стальных элементов L_s = 2.5 мм. Магнитное устройство типа G с такими же магнитами, намагниченными горизонтально, позволяет реализовать эффективный объем R = 19% при значениях L_x = = 12.5 мм и L_s = 10 мм. Оба магнитных устройства приемлемо эффективны при выбранных размерах магнитной системы для высоты слоя воды не более 20 мм.

Металлографическим методом исследован процесс схождения медных толстостенных цилиндрических оболочек под действием взрыва. Взрыв инициировали из восьми точек, равномерно расположенных по окружности на поверхности взрывчатого вещества, окружающего оболочку. На промежуточной стадии схождения образовалось восемь выбросов на внутренней поверхности оболочки. Схождение оболочек в цилиндр завершается за счет расширения и смыкания выбросов. Образование выбросов объяснено возникновением пластических (кумулятивных) струй на фронте деформации. Струи возникают при столкновении соседних деформационных выступов. Обнаружены участки локализованной деформации внутри и вокруг выбросов, что связано с данным методом инициирования взрыва. Установлено, что высокоскоростная деформация меди при схождении оболочек сопровождается образованием большого количества двойников. В наружных зонах оболочек двойников больше, чем во внутренних.

Исследовано влияние времени высокоэнергетической механоактивации (ВМА) на кинетику твердофазного спекания и микроструктуру тяжелого вольфрамового сплава 90% W–7% Ni–3% Fe (ВНЖ-90). Образцы сплава изготовлены методом электроимпульсного плазменного спекания (ЭИПС) в вакууме. Показано, что плотность сплава ВНЖ-90 немонотонно, с минимумом, зависит от времени ВМА. Показано, что кинетика ЭИПС механоактивированных нанопорошков имеет двухстадийный характер; интенсивность спекания зависит от скорости ползучести по Коблу и интенсивности диффузии атомов W в кристаллической решетке γ-фазы на основе никеля.

Исследована термическая стабильность высокоэнтропийного сплава (ВЭС) CoCrFeNiCu при длительном отжиге в течение 204 сут в температурном интервале 873–1273 К. Сплав, полученный механохимическим сплавлением порошков металлов в планетарной мельнице в течение 120 мин в среде Ar, является твердым раствором замещения на основе высокоэнтропийной фазы с гранецентрированной кубической структурой (ГЦК). При отжиге исходная ГЦК-фаза в течение 1–3 сут распадается на обогащенную медью фазу ГЦК1 и обедненную медью ГЦК2 с близкими параметрами кристаллической решетки – 3.60 и 3.57 Å соответственно. На протяжении всего времени отжига происходит перераспределение интенсивностей дифракционных линий фаз ГЦК1 и ГЦК2, динамика и характер которого зависит от температуры, и длительности процесса. После первых трех суток и до конца термообработки ВЭС сохраняет ГЦК-структуру твердого раствора замещения, а параметры элементарных ячеек образовавшихся ГЦК-фаз остаются постоянными с погрешностью 0.1% вплоть до 204 сут. Пятикомпонентная матрица, образовавшаяся после отжига, имеет химический состав Co_0.23Cr_0.23Fe_0.23Ni_0.23Cu_0.08 и является стабильной. Также в течение всего периода термообработки наблюдается увеличение размера зерен: сначала, когда происходит активная перестройка структуры, размер увеличивается быстро, затем в период от 1 до 30 сут рост зерен лимитируется диффузией компонентов, а на очень больших временных отрезках рост зерен еще больше затормаживается.

Формирование ближнего порядка в эквиатомном высокоэнтропийном сплаве (HEA) CoNiCrFeMn при отжиге в области умеренных температур изучено с использованием атомистического МД/МК моделирования, включающего обмен атомов в схеме Монте-Карло (МК) и релаксацию их положений методом молекулярной динамики (МД). Установлено, что в процессе выдержки образуются два типа областей химического ближнего порядка (CSRO). Первые состоят преимущественно из атомов Fe–Co, а вторые представляют собой обогащенные Cr области, на границах которых находятся атомы Ni и Mn. Показано, что формирование ближнего порядка включает несколько этапов, последовательность которых определяется величиной Cr–Cr, Fe–Co и Ni–Mn взаимодействий.

Привлекательным направлением развития наноэлектроники является разработка энергонезависимых запоминающих устройств нового поколения, а именно электрической фазовой памяти или PC-RAM (Phase Change Random Access Memory). Однако здесь имеется ряд нерешенных проблем, таких как: стабильность аморфной фазы, высокое энергопотребление, большое время записи информации и т.д. С целью решения этих проблем был предложен новый подход, заключающийся в использовании наночастиц бинарного сплава Ag–Cu в качестве ячеек PC-RAM. Для этого методом молекулярной динамики было проведено исследование процессов структуризации наночастиц данного сплава размером D = 2–10 нм различного состава при вариации темпа отвода термической энергии. Были оценены стабильности аморфного и кристаллического строения и сделаны выводы о составе и размерах наночастиц, пригодных для создания ячеек фазоизменяемой памяти. Было показано, что в случае применения наночастиц бинарного сплава Ag–Cu удается уменьшить размер одной ячейки до 6–8 нм, сократить время записи информации до 2.5 нс и впервые на основе эвтектического подхода добиться устойчивости аморфного и кристаллического строения при разном темпе отвода термической энергии.

С использованием бойка из твердого сплава (Co–WC) проведена ультразвуковая ударная обработка (УЗО) образцов сплава Ti–6Al–4V, полученного по электронно-лучевой проволочной аддитивной технологии. Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии показано, что УЗО приводит к появлению в поверхностных слоях образца макронапряжений сжатия, упругой микродеформации в кристаллической решетке α-фазы, к образованию градиентной структуры от нанокристаллической на глубине до 5 мкм и до субмикрокристаллической структуры α-фазы на глубине от 15 до 40 мкм. В зернах α-фазы образуется нанокристаллическая фаза оксидов титана. УЗО приводит к увеличению микротвердости и усталостной долговечности. Проведен фрактографический анализ изломов образцов после циклического растяжения в режиме малоцикловой усталости.